CN101104493B - 双向螺杆式电梯驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向螺杆式电梯驱动机构，其使用两个马达，一螺旋轴马达及一螺帽马达，在正常使用下由螺旋轴马达带动厢体上下运动；而异常时由螺帽马达带动电梯的厢体向下移动。当停电或螺旋轴马达故障时，由螺帽马达驱动，利用微小的备用电源使电梯向下移动到下一楼层或是最低楼层的开门位置，然后厢体中的乘客即可轻易地打开厢体门而离开电梯厢体。本发明可同时解决停电或螺旋轴马达故障时，避免造成人员受困于电梯中，以及电梯下降移动的速度不易控制的两大问题状态。

Description

双向螺杆式电梯驱动机构

技术领域

本发明涉及一种使用于电梯，尤指一种双向螺杆式电梯驱动机构。

背景技术

二十一世纪高龄银发族遽增，而高龄银发族若无电梯设施代步是非常辛苦的，因此电梯设施在老年人的居家生活中，现在以及将来更是扮演相当助益的角色。

电梯的发展已有一百年以上的历史，回顾百年来电梯的传动机构设计，历年来主要包含有螺杆式、油压式、钢索式及线性马达式等四种设计。目前电梯最常见的驱动方式是以钢索带动厢体上下运动的钢索式电梯。

但是钢索式电梯比较适用于大楼的载客载货用，对于目前的个人住宅用电梯，使用牵引机的钢索式电梯并不是很合适，主要问题在于牵引机需要承受相当高的扭矩，故牵引机通常需要较大功率的供电系统，一般的家庭用电力系统并无法负荷。

为降低电梯驱动系统所需要的马力，目前也有使用螺杆驱动的电梯被开发中，但仍存在着一些问题，兹说明如下：

图1为一种现有螺杆式电梯的正视图(日本专利公报JP-S64-81788号)，该螺杆式电梯的驱动机14带动螺杆3A旋转，而螺杆旋转带动螺帽4A使电梯的厢体5A上下移动。

但是，在停电或马达故障时，则因为失去动力，厢体可能掉落(无刹车设计时)或是悬在半空中(有刹车设计时)，造成人员及设备的伤亡，或者人员受困于电梯中。

图2为另一种现有螺杆式电梯的立体图(日本专利公报JP-H08-26620号)，该螺杆式电梯在停电时解除刹车器，并使用一个远心力制动器7，使电梯的厢体缓慢下降而使厢体中的人员脱困。但是，在停电时解除刹车器则因为缺乏可控制动力的驱动，下降移动的速度不易控制，如果下降得太快则和坠落无异，而且因为缺乏可控制动力的驱动，厢体并不易定位在正确的开门位置，而导致乘客不易自行正常开门而离开电梯的厢体，常需要借助外部技术人员的协助才能离开电梯的厢体。况且，如果是马达故障或卡死时，此习用设计将无法产生作用，乘客仍将受困于半空中。

因此，上述习知技术所使用的螺杆驱动电梯设计，在停电或马达故障时则因为失去动力，厢体可能掉落或是悬在半空中，造成人员及设备的伤亡，或者人员受困于电梯中，以及在停电时解除刹车器则因为缺乏可控制动力的驱动，使电梯的厢体下降移动的速度不易控制等两大问题，这一直无法同时获得解决，故习知螺杆驱动的电梯设计仍然存在很多问题，有待改善。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双向螺杆式电梯驱动机构，其可以同时解决停电或螺旋轴马达故障时人员受困于电梯中，以及电梯下降移动的速度不易控制等两大问题。

为达成上述目的，本发明使用两个马达，一个是螺旋轴马达，另一个是螺帽马达，螺旋轴马达连接到螺旋轴，用以驱动使螺旋轴旋转，令螺帽相对于螺旋轴旋转而沿螺旋轴上下移动，并带动电梯的厢体沿轨道上下移动；螺帽马达则设于连结座上，用以带动螺帽转动，使螺帽相对于螺旋轴旋转而沿螺旋轴上下移动，并带动电梯的厢体沿轨道上下移动。

上述螺旋轴马达及螺帽马达中，一个为主要马达，另一个为备份马达，在正常状况下由主要马达驱动，使厢体上升或下降运动；而当停电或者主要马达故障时，则由功率较小的备份马达驱动，因为备份马达为异常情况才使用的马达，故使用小功率的备份马达驱动并借由厢体重力的辅助，使电梯的厢体可以向下移动。

因此，当停电或主要马达故障时，由备份马达驱动，利用微小的备用电源即可使电梯向下移动到下一楼层或是最低楼层的开门位置，然后厢体中的乘客即可轻易地打开厢体门而离开电梯的厢体。

说明本发明的创作原理如下：

一螺杆组(screw assemble)包含螺旋轴(screw shaft)及螺帽(nut)，为一种应用二配合件间产生相对螺旋运动的原理而设计出的传动组件，当螺旋轴和螺帽间相对旋转(rotate)时，螺旋轴和螺帽间会产生相对的线性位移(linear motion)。

因此不管是旋转螺旋轴或是旋转螺帽，都可以使螺旋轴和螺帽间的相对线性位置产生改变，甚至于可以同时转动螺旋轴和螺帽使螺旋轴和螺帽间产生加乘的相对线性位移，而此时螺旋轴和螺帽间的“相对线性位移量”则相对于螺旋轴和螺帽间的“相对旋转量”来决定。

由于螺杆组的“相对旋转量”和“相对线性位移量”成比率的特性，本发明使用一主要马达带动螺旋轴或螺帽旋转，而用以在正常状态下控制电梯厢体的升降；当停电或是主要马达故障时，螺帽上仍承受厢体及人员的向下重力及螺旋轴向上的推力，由于螺旋轴和螺帽间的螺旋式配合，如果螺帽上不受一个使螺帽不向下旋转的扭力时，螺帽是会向下旋转的，故在本发明设计使用一辅助马达，并借由厢体重力的辅助使电梯的厢体可以向下移动。由于辅助马达的功能只需使厢体下降即可，不需要驱动电梯厢体上升，而使厢体下降时，由于有重力的辅助，故辅助马达的功率可以远小于主要马达。备份马达的功率可以小于200瓦即可，以利备份动力源的提供。

一般的滑动摩擦(sliding friction)式的螺杆组，由于螺旋轴和螺帽间的摩擦阻力很大，故具有机械传动效率较差的缺点。为了改善机械传动效率较差的缺点，可以使用滚珠螺杆组做为一种改良的螺杆组。

综上所述，本发明让使用者在停电时可以轻松的回到下一楼层或是最低楼层，并且打开电梯门而离开厢体。

附图说明

图1为一种现有螺杆式电梯的正视图；

图2为另一种现有螺杆式电梯的立体图；

图3为本发明实施例的示意图；

图4为图3的A-A’剖视图。

主要组件符号说明

现有技术：

14  驱动机      3A   螺杆        4A   螺帽

5A  电梯之厢体  7    远心力制动器

本发明：

1   螺旋轴      2   支架        21  螺旋轴支撑座

22  主动齿轮    23  轴承        24  轨道

31  从动齿轮    3   螺帽        4   连结座

5   厢体        6   螺旋轴马达  7   螺帽马达

具体实施方式

如图3所示，其为本发明实施例的示意图，本发明以螺旋轴支撑座21将螺旋轴1的上端锁设于支架2的上方，而使螺旋轴1垂直悬吊于支架2上；

该螺旋轴1的上端连接到一个螺旋轴马达6，螺旋轴马达6用以驱动使螺旋轴1旋转；而所述旋转轴的螺杆为滚珠螺杆。

另该螺旋轴1上配合有一螺帽3，该螺帽3和螺旋轴1之间以螺旋方式配合，当螺旋轴1旋转而螺帽3不旋转时，由于螺旋轴1和螺帽3之间的相对螺旋运动而产生相对的线性运动；

一连结座4用以连结电梯的厢体5和螺帽3，使两者间连动而不产生线性位移，而当螺帽3上升时，厢体5跟随螺帽3上升，而螺帽3下降时，厢体6则跟随螺帽3下降；该厢体6则用以乘载人员或货品；

在厢体5侧面垂直设置有轨道24，轨道24用以导引厢体6的运动方向，使厢体6的运动方向沿上下方向垂直运动；

在连结座4上另设有一螺帽马达7，该螺帽马达7上固接一个主动齿轮22，该主动齿轮22和螺帽3上的从动齿轮31连结，当螺帽马达7驱动主动齿轮22转动时，可经由从动齿轮带动螺帽3转动；

一轴承23设置于螺帽3和连结座4间，使螺帽3和连结座4之间容易相互转动。

当本发明的电梯处于正常使用情况下时，螺帽马达7一般保持不旋转的状态，而使主动齿轮22、从动齿轮31及螺帽3维持不相对于连结座4旋转的状态；

由于螺旋轴1和螺帽3之间螺旋配合的特性，当螺旋轴1旋转而螺帽3不旋转时，螺旋轴1和螺帽3之间将产生相对的线性运动，故在螺帽马达7一般保持不旋转的状态下，控制使螺旋轴马达6正反向旋转即可控制螺帽3连同电梯的厢体5沿轨道24相对于地面上下移动。

当螺旋轴1相对于螺帽3旋转时，螺旋轴1相对于螺帽3的线性移动速度和螺旋的导程(螺旋每旋转一圈所产生的线性位移)及螺旋轴1相对于螺帽3的旋转速度有关，为了控制电梯厢体5的上下移动速度，需要设计合适的导程，并控制螺旋轴旋转的速度。当螺旋轴1旋转以驱动厢体5上升时，螺旋轴马达6除了必需提供一个克服摩擦阻力的马力以外，尚需提供厢体5足够的能量以增加厢体5的重力位能，故马达需要较大的功率；

但是反过来，使厢体5向下移动时，厢体5的重力和摩擦阻力的方向正好相反，重力正好可以克服摩擦阻力，而使螺旋轴马达6驱动螺旋轴1使厢体5下降并不需要太大的马力。

对于一般的马达，马达正反转的马力并无明显的差异，而为了使厢体5上下移动的速度不要太慢，其使用的马达马力通常需要1HP以上，而这么大的马力，当市电停电时，紧急的备份电源若要提供这么大的马力，其备份电源必需很大，从而造成备份电源体积庞大，进而设备昂贵。

本发明和螺帽马达7是一个马力远小于螺旋轴马达6的备份动力源，为了使电梯正常使用状况下，螺帽马达7保持不旋转的状态，螺帽马达7使用减速马达，使马达的输出转速降低，并且当马达不主动驱动时，需要很大的扭力作用在马达输出端才会使马达转动。减速比愈大则扭力愈大，螺帽马达7愈容易保持在不旋转的状态。

为了保险的考量，有时也可以使用一刹车减速马达做为螺帽马达7。

当螺旋轴马达6因为故障而无法正常转动，或者市电停电而使螺旋轴马达6没有足够的电能供应，而使螺旋轴马达6不旋转时，一备用电源被连接至螺帽马达7，使螺帽马达7驱动主动齿轮22旋转，并经由从动齿轮31带动螺帽3相对于螺旋轴1旋转且向下移动，由于厢体5向下移动并不需要太多推力，故螺帽马达7可以使用小马力(200瓦以下，相当于两个100瓦灯炮的电力)的规格即可，而备用电源因此可以是一个小型的蓄电池即可。因此，当厢体5异常停置于两个楼层之间，而使人员受困于电梯厢体中时，本发明使用备用电源配合一小型的螺帽马达7，即可驱动螺帽3向下旋转，使厢体5降落到下一楼层或是最低楼层的开门位置，然后厢体5中的乘客即可轻易地打开厢体门而离开电梯的厢体5。

由于螺旋轴1和螺帽3间相对运动的特性，不管是螺旋轴1旋转，或是螺帽3旋转都可以带动厢体5上下移动，故也可以使用较大马力的马达做为螺帽马达7，而在正常使用下即以螺帽马达7带动厢体5上下移动，这样当停电或螺帽马达7故障时，再以备用电源驱动较小功率的螺旋轴马达6旋转，以使厢体5降落到下一楼层或是最低楼层的开门位置。

图4为图3的A-A’剖视图，图中显示，主动齿轮22和从动齿轮31的关系：当主动齿轮22旋转时，将可带动从带齿轮31旋转，而从动齿轮31固接于螺帽3之上，故从动齿轮31旋转将使螺帽3旋转，从而使螺帽3可相对于螺旋轴1旋转，以控制螺帽3沿着螺旋轴1上下运动。

综上所述，由于使用两个马达，一个是螺旋轴马达，在正常使用下由螺旋轴马达带动厢体上下运动；另一个是螺帽马达，以驱动螺帽相对于螺旋轴旋转，而相对螺旋轴向下移动，并带动电梯的厢体向下移动；当厢体异常停置于两个楼层之间，而使人员受困于电梯厢体中时，本发明使用备用电源配合一小型的螺帽马达，可驱动使螺帽向下旋转，从而令厢体降落到下一楼层或是最低楼层的开门位置，然后厢体中的乘客即可轻易地打开厢体门而离开电梯的厢体，同时可借由使用备用电源配合一小型的螺帽马达，使电梯向下移动的速度可被控制，厢体容易定位到开门位置。透过本案创新的双向螺杆式电梯驱动机构，可以同时解决停电或螺旋轴马达故障时，避免造成人员受困于电梯中，以及电梯下降移动的速度不易控制的两大问题。

Claims (16)

1.一种双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于它包含：一支架；

一螺旋轴，垂直锁设于前述支架上；

一螺帽，螺设于前述螺旋轴上；

一用以乘载人员或货品的厢体；

一连结座，用以连结所述厢体和所述螺帽，使两者间连动；

一用以导引前述厢体的运动方向沿上下方向竖直运动的轨道，其竖直设置在前述厢体侧面；

一螺旋轴马达，为主要马达，连接到前述螺旋轴，用以驱动使螺旋轴旋转，在正常状况下令前述螺帽相对于螺旋轴旋转而沿螺旋轴上下移动，并带动前述厢体沿前述轨道上下移动；及

一螺帽马达，设于连结座上，为备份马达，功率小于主要马达的功率，当主要马达无法驱动厢体上下运动时，用以带动前述螺帽转动，使螺帽相对于螺旋轴旋转而沿螺旋轴向下移动，并带动前述厢体沿前述轨道向下移动。

2.如权利要求1所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：其设有一提供备份马达在停电时使用的备份动力源。

3.如权利要求2所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述备份动力源为一蓄电池。

4.如权利要求1所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述螺帽马达为一减速马达。

5.如权利要求4所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述减速马达为一刹车减速马达。

6.如权利要求1所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述螺帽和连结座间设置有一可令螺帽和连结座之间容易相互转动的轴承。

7.如权利要求1所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述螺旋轴的螺杆为滚珠螺杆。

8.如权利要求2所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述备份马达的功率小于200瓦。

9.一种双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于它包含：一支架；

一螺旋轴，垂直锁设于前述支架上；

一螺帽，螺设于前述螺旋轴上；

一用以乘载人员或货品的厢体；

一连结座，用以连结所述厢体和所述螺帽，使两者间连动；

一用以导引前述厢体的运动方向沿上下方向竖直运动的轨道，其竖直设置在前述厢体侧面；

一螺帽马达，为主要马达，设于连结座上，用以带动前述螺帽转动，在正常状况下使螺帽相对于螺旋轴旋转而沿螺旋轴上下移动，并带动前述厢体沿前述轨道上下移动；及

一螺旋轴马达，连接到前述螺旋轴，为备份马达，功率小于主要马达的功率，当主要马达无法驱动厢体上下运动时，用以驱动使螺旋轴旋转，令前述螺帽相对于螺旋轴旋转而沿螺旋轴向下移动，并带动前述厢体沿前述轨道向下移动。

10.如权利要求9所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：其设有一提供备份马达在停电时使用的备份动力源。

11.如权利要求10所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述备份动力源为一蓄电池。

12.如权利要求9所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述螺帽马达为一减速马达。

13.如权利要求12所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述减速马达为一刹车减速马达。

14.如权利要求9所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述螺帽和连结座间设置有一可令螺帽和连结座之间容易相互转动的轴承。

15.如权利要求9所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述螺旋轴的螺杆为滚珠螺杆。

16.如权利要求10所述的双向螺杆式电梯驱动机构，其特征在于：所述备份马达的功率小于200瓦。

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